64 Gd Гадолиний 157.25
Лантаноид f-block Period 6

Гадолиний

Gd · Element 64

The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 157.25 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²
63Eu All 118 65Tb

Строение

Атом гадолиний

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место гадолиний занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 7.9 g/cm³ 50%
Температура Плавления 1585 K 66%
Температура Кипения 3546 K 75%
Удельная теплоёмкость 0.236 J/g·K
Теплопроводность 10.5 W/m·K 28%

Атомные

Атомный Радиус 178 pm 64%
Ковалентный радиус 196 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 237 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.2 19%
Энергия ионизации 593.4 kJ/mol 30%
Сродство к Электрону —

Распространённость

Распространённость в земной коре 6.2 mg/kg 66%

Идентификационные

СимволGd
Атомный номер64
Атомная масса157.25 u
КатегорияЛантаноид
Блокf
Кристаллическая структурагексагональная плотноупакованная структура
Степени окисления+3
Открытие1880
ПервооткрывательJean Charles Galissard de Marignac

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a гадолиний atom?

Radius 178 pm — that is 0.178 nm, so about 2809 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Гадолиний is liquid over a 1961 K window, from 1585 K to 3546 K.

Положение

Положение в таблице

Гадолиний sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ЛАНТАНОИДЫ

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
All лантаноиды

История

Что такое гадолиний и как его обнаружили

The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide.

The discovery of гадолиний

🏛️ Достижение швейцарской науки

Jean Charles Galissard de Marignac (1880)

Jean Charles Galissard de Marignac, швейцарский химик, открыл гадолиний при анализе минерала гадолинита из Иттербю, Швеция. Его тщательная аналитическая работа выявила спектроскопические признаки нового редкоземельного элемента.

Систематический анализ минералов

Мариньяк подвергал образцы гадолинита систематическому фракционированию, используя методы осаждения и кристаллизации для разделения различных редкоземельных компонентов. Его методичный подход постепенно концентрировал неизвестный элемент.

Спектроскопическое подтверждение

Используя современное спектроскопическое оборудование, Мариньяк обнаружил характерные линии поглощения, которые нельзя было отнести к известным элементам. Эти спектральные признаки стали убедительным доказательством существования нового элемента в ряду редкоземельных элементов.

Независимое подтверждение

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran независимо подтвердил открытие Мариньяка в 1886 году, выделив гадолиний из других минеральных источников и проверив его уникальные свойства с помощью дополнительных аналитических методов.

Происхождение названия

Гадолиний был назван в честь минерала гадолинита, который, в свою очередь, был назван в честь финского химика Johan Gadolin, одного из основоположников исследований редкоземельных элементов. Такая система наименований отражала взаимосвязанный характер открытий редкоземельных элементов.

Получение чистого металла

Чистый металлический гадолиний удалось выделить лишь в 1935 году методами дистилляции. 55-летний промежуток между открытием и выделением подчёркивает технические сложности очистки редкоземельных металлов.

Промышленное развитие

Гадолиний оставался преимущественно предметом академического интереса до 1960-х годов, когда развитие ядерных технологий и медицинской визуализации создало коммерческий спрос на уникальные свойства элемента.

Научное наследие

  • Развитие методологии аналитической химии
  • Методы разделения редкоземельных элементов
  • Совершенствование спектроскопического анализа
  • Протоколы систематического исследования минералов
🎓 Образовательное значение: Методы открытия Мариньяка вошли в стандартные учебные программы по аналитической химии, обучив поколения учёных систематической идентификации элементов.

Применение

Для чего используется гадолиний

🏥 Пионер медицинских технологий

Гадолиний сочетает уникальные магнитные свойства с важными ядерными характеристиками, что делает его незаменимым для современной медицинской визуализации, ядерных технологий и передовой науки о материалах. Его исключительная способность поглощать нейтроны и парамагнитное поведение обеспечивают важнейшие применения во многих отраслях.

Магнитно-резонансная томография (МРТ)

Контрастные вещества на основе гадолиния преобразуют медицинскую визуализацию, повышая контрастность тканей при МРТ. Эти вещества улучшают точность диагностики опухолей мозга, сердечно-сосудистых заболеваний и воспалительных состояний, обеспечивая более раннее выявление и лучшие результаты лечения.

Системы управления ядерными реакторами

Гадолиний обладает наибольшим сечением захвата тепловых нейтронов среди всех элементов, что делает его важным для систем безопасности ядерных реакторов. Регулирующие стержни с гадолинием обеспечивают точное управление реактивностью и возможность аварийного отключения на коммерческих атомных электростанциях.

Разработка передовых сплавов

Сплавы с добавлением гадолиния улучшают магнитные свойства постоянных магнитов, электронных компонентов и специализированного оборудования. Эти сплавы сохраняют магнитную силу при повышенных температурах и устойчивы к размагничиванию под нагрузкой.

Технологии обнаружения нейтронов

Высокочувствительные нейтронные детекторы используют гадолиний-157 для обнаружения тепловых нейтронов на ядерных объектах, в системах пограничной безопасности и научном исследовательском оборудовании. Захват нейтрона этим изотопом приводит к образованию легко обнаруживаемых гамма-лучей.

Применение в специализированном стекле

Стекло, легированное оксидом гадолиния, используется для создания оптических компонентов лазерных систем, волоконно-оптических линий связи и высокоточных приборов. Такое стекло обладает уникальными преломляющими свойствами и термической стабильностью для сложных применений.

Таргетная терапия рака

Экспериментальная нейтрон-захватная терапия с гадолинием использует способность элемента поглощать нейтроны для лечения некоторых видов рака. Когда нейтроны взаимодействуют с гадолинием-157, возникающее излучение может уничтожать раковые клетки с минимальным повреждением здоровых тканей.

🔬 Медицинская инновация: Контрастные вещества с гадолинием позволили ежегодно проводить более 50 миллионов процедур МРТ, значительно расширив диагностические возможности при неврологических и сердечно-сосудистых заболеваниях.

🔧 Инженерное совершенство

Улучшение медицинской визуализации

Больничные системы МРТ регулярно используют контрастные вещества с гадолинием для повышения качества изображений и точности диагностики. Эти вещества помогают врачам выявлять опухоли, аномалии кровеносных сосудов и воспалительные процессы, которые иначе остались бы незаметными.

Безопасность атомной энергетики

Коммерческие ядерные реакторы используют регулирующие стержни с гадолинием и сборки с выгорающим поглотителем для поддержания безопасных условий работы. Способность элемента поглощать нейтроны обеспечивает надёжное управление реактором на протяжении всего топливного цикла.

Производство электронных компонентов

Жёсткие диски компьютеров и магнитные накопители используют магнитные материалы с добавлением гадолиния для систем хранения и извлечения данных. Магнитные свойства элемента обеспечивают более высокую плотность хранения и повышают надёжность данных.

Промышленная радиография

Оборудование для неразрушающего контроля использует нейтронные источники с гадолинием для проверки сварных швов, отливок и ответственных компонентов в аэрокосмической, автомобильной и строительной отраслях.

Оборудование исследовательских лабораторий

Научные приборы используют гадолиний в экспериментах по рассеянию нейтронов, исследованиях материалов и фундаментальных физических исследованиях. Уникальные ядерные свойства элемента обеспечивают точные измерения и расширенные исследовательские возможности.

Специальные сплавы

Высокопрочные сплавы для аэрокосмической техники содержат гадолиний для улучшения магнитных свойств, коррозионной стойкости и характеристик при высоких температурах в реактивных двигателях и компонентах космических аппаратов.

🚀 Технологии будущего

  • Системы магнитного экранирования для квантовых компьютеров
  • Передовые контрастные вещества для медицинской визуализации
  • Нейтронные детекторные матрицы следующего поколения
  • Системы охлаждения на основе магнитного холодильного цикла

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

6.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 66% of elements

🗻 Глобальные ресурсы редкоземельных элементов

Распространение в минералах

Гадолиний встречается в минералах, содержащих редкоземельные элементы, включая монацит, бастнезит и гадолинит (названный в честь элемента). Наибольшие концентрации наблюдаются в карбонатитовых комплексах и щелочных магматических породах по всему миру.

Крупнейшие мировые месторождения

К значительным ресурсам гадолиния относятся:

  • Китай: Баян-Обо (Внутренняя Монголия) — ведущий мировой производитель
  • США: редкоземельный рудник Маунтин-Пасс (Калифорния)
  • Австралия: проект Маунт-Уэлд в Западной Австралии
  • Бразилия: комплекс Каталан в штате Гояс
  • Индия: прибрежные песчаные месторождения монацита в Керале

Процессы геологического образования

Гадолиний концентрируется в результате магматической дифференциации в щелочных магматических системах, где процессы кристаллизации на поздних стадиях обогащают редкоземельные элементы. Выветривание и вторичная концентрация создают дополнительные месторождения в некоторых регионах.

Распространённость и добыча

При содержании в земной коре около 6.2 частей на миллион гадолиний встречается чаще олова, но реже меди. Промышленная добыча требует сложных процессов разделения из-за сходства химических свойств лантаноидов.

Проблемы переработки

Очистка гадолиния включает многостадийные процедуры ионного обмена и экстракции растворителями. Положение элемента в середине ряда лантаноидов делает разделение особенно сложным и энергоёмким.

Стратегическое значение

Критически важное применение в ядерных и медицинских технологиях делает безопасность поставок гадолиния стратегически значимой для развитых стран. Переработка электронных отходов и разработка альтернативных источников остаются текущими приоритетами.

Экологические аспекты

Добыча редкоземельных элементов часто связана с обращением с радиоактивными материалами из-за совместного присутствия тория и урана. Современные предприятия по добыче применяют комплексные меры защиты окружающей среды и системы управления отходами.

💎 Стратегический материал: Двойная важность гадолиния для медицинских и ядерных применений делает его критически важным материалом для национальной безопасности и инфраструктуры общественного здравоохранения.

Обращение

Безопасность

⚗️ Безопасность медицинского применения

Низкая острая токсичность

Соединения гадолиния обычно обладают низкой острой токсичностью, однако хроническое воздействие требует тщательного контроля. Контрастные вещества с гадолинием медицинского качества проходят строгие испытания на безопасность и считаются безопасными для диагностического применения.

Проблемы хелатной химии

Свободные ионы гадолиния могут быть токсичными для биологических систем, однако хелатные формы, используемые в медицине, безопасно связывают металл. Тем не менее у пациентов с заболеваниями почек может происходить задержка гадолиния, поэтому им следует избегать некоторых контрастных веществ.

Средства индивидуальной защиты

  • Защитные очки и лабораторные халаты
  • Перчатки, устойчивые к химическим веществам (рекомендуются нитриловые)
  • Вентиляция вытяжного шкафа при работе с порошками
  • Респираторы при работе с сухими соединениями

Безопасные процедуры обращения

Работайте с соединениями гадолиния в хорошо проветриваемых помещениях, чтобы предотвратить воздействие при вдыхании. Не допускайте образования пыли или аэрозолей и используйте соответствующее защитное оборудование при работе с порошками. Соблюдайте правила лабораторной гигиены.

Безопасность медицинского применения

Контрастные вещества для МРТ требуют тщательного обследования пациентов на предмет функции почек и аллергических реакций. Медицинские работники должны соблюдать установленные протоколы дозирования, введения и наблюдения после процедуры.

Требования к хранению

Храните соединения гадолиния в герметичных контейнерах в прохладных сухих местах вдали от несовместимых материалов. Обеспечьте правильную маркировку и контроль запасов, особенно для материалов, предназначенных для медицинского применения.

Аварийные процедуры

Попадание на кожу: Тщательно промойте водой с мылом. Попадание в глаза: Промывайте водой в течение 15 минут и обратитесь за медицинской помощью. Проглатывание: Не вызывайте рвоту; немедленно обратитесь за медицинской помощью.

Утилизация отходов

Утилизируйте отходы гадолиния в соответствии с местными правилами обращения с опасными материалами. Медицинские учреждения должны соблюдать специальные протоколы утилизации отходов контрастных веществ, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды.

💉 Медицинская безопасность: Контрастные вещества с гадолинием обладают отличными показателями безопасности при правильном применении; серьёзные побочные реакции возникают менее чем у 0.1% пациентов.

Краткие ответы

Гадолиний: часто задаваемые вопросы

What is Гадолиний?

Гадолиний (symbol Gd) is element 64 on the periodic table, a лантаноид in period 6. The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Гадолиний?

Гадолиний's ground-state electron configuration is [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 25, 9, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Гадолиний?

Гадолиний melts at 1585 K (1311.9 °C) and boils at 3546 K (3272.9 °C).

What is the atomic mass of Гадолиний?

The standard atomic weight of Гадолиний is 157.25 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Гадолиний?

Гадолиний has a density of 7.9 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of гадолиний is about 7.9× heavier.

What is the electronegativity of Гадолиний?

Гадолиний has a Pauling electronegativity of 1.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered Гадолиний, and when?

Гадолиний was discovered in 1880 by Jean Charles Galissard de Marignac. It is named after johan Gadolin, Finnish chemist.

How common is Гадолиний on Earth?

Гадолиний makes up about 6.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.

← Предыдущий Eu Europium Element 63 · Lanthanide Далее → Tb Terbium Element 65 · Lanthanide